【正文】 臺(tái)的實(shí)施商在實(shí)施過(guò)程中給我們提供強(qiáng)大的技術(shù)支持和知識(shí)的傳遞即可，以及我們?cè)谔摂M機(jī)技術(shù)上的投資不可能很大 。 第 14 頁(yè) 共 31 頁(yè) ? 服務(wù)器：購(gòu)買(mǎi)的 x86服務(wù)器所使用的 Intel/AMD芯片，必須支持 IntelVT或者 AMDV 硬件虛擬化技術(shù)。 ? Application Container 層： 這層是操作系統(tǒng)提供的虛擬化技術(shù)。 ? Hypervisor 層： 這一層劃分層三個(gè)小層次： ： 此層的虛擬化技術(shù)的性能最好 ； 1 Hypervisor(no Host OS) 層 (也可認(rèn)為是 FullVirtual層 )： 此層的虛擬化技術(shù)的性能也非常好 。所以，認(rèn)為今后 X86 虛擬化技術(shù)的發(fā)展將會(huì)以硬件輔助虛擬化技術(shù)為主，同時(shí)以全虛擬化和半虛擬化技術(shù)為輔 .走上和 IBM 相同的道路（ IBM 基于 Power 芯片的服務(wù)器就是以 硬件輔助虛擬化技術(shù)為主，同時(shí)以全虛擬化和半虛擬化技術(shù)為輔 ）。 總結(jié) 虛擬化技術(shù)介紹 R 未經(jīng) IBM 書(shū)面許可，請(qǐng)勿擴(kuò)散到第三方 。在這里介紹一下 VTd，其核心思想就是 讓虛擬機(jī)能直接使用物理設(shè)備，但是這會(huì)牽涉到 I/O地址 訪問(wèn)和 DMA的 問(wèn)題，而 VTd通 過(guò)采用 DMA重映射（ Remapping）和 I/O頁(yè)表來(lái)解決這兩個(gè)問(wèn)題，從而讓虛擬機(jī)能直接訪問(wèn)物理設(shè)備。因 為這種方式的相關(guān)細(xì)節(jié)較多，所以會(huì)在后文進(jìn)行深入分析。這種方式，對(duì)Guest而言，非常透明， 無(wú)需顧忌底層硬件，比如 Guest操作的是 SCSI的 設(shè)備，但實(shí)際物理機(jī)只有SATA的硬 盤(pán)。 全虛擬化 ：通過(guò)模擬 I/O設(shè)備（磁盤(pán)和網(wǎng)卡等）來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬化。 硬件輔助虛擬化： EPT（ Extended Page Table， 擴(kuò)展頁(yè)表）， EPT通 過(guò)使用硬件技術(shù)，使其能在原有的頁(yè)表的基礎(chǔ)上，增加了一個(gè) EPT頁(yè)表，通過(guò)這個(gè)頁(yè)表能夠?qū)?Guest的物理地址直接翻 譯為主機(jī)的物理地址，從而減低整個(gè)內(nèi)存虛擬化所需的 Cost。 第 12 頁(yè) 共 31 頁(yè) 子頁(yè)表交給 MMU進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換。 內(nèi)存虛擬化 內(nèi)存虛擬化的目標(biāo)是能做好虛擬機(jī)內(nèi)存空間之間的隔離，使每個(gè)虛擬機(jī)都認(rèn)為自己擁有了整個(gè)內(nèi)存地址，并且效率也能接近物理機(jī)。在實(shí)現(xiàn)方面， VTX支持 兩種處理器工作方式：第一種稱(chēng)為 Root模式（ Operation）， VMM運(yùn)行于此模式，用于處理特殊指令，另一種稱(chēng)為 NonRoot模式（ Operation）， Guest OS運(yùn)行于此模式，當(dāng)在 NonRoot 模式 Guest執(zhí)行到特殊指令的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)切換到運(yùn)行于 Root模式 VMM，讓 VMM來(lái)處理這個(gè)特殊指令。但是有一些對(duì)虛擬化不友好的指令則需要二進(jìn)制代碼翻譯來(lái)處理，它通過(guò)掃描并修改 Guest的二進(jìn)制代碼來(lái)將那些難以虛擬化的指令轉(zhuǎn)化為支持虛擬化的指令。優(yōu)先級(jí)壓縮能讓 VMM和 Guest運(yùn)行在不同的特權(quán)級(jí)下，對(duì) X86架構(gòu)而言，就是 VMM運(yùn)行在特權(quán)級(jí)最高 Ring 0下， Guest的 內(nèi)核代碼運(yùn)行在 Ring 1下， Guest的 應(yīng)用代碼運(yùn)行在 Ring 3下。 CPU 虛擬化 CPU虛擬化的目標(biāo)是使虛擬機(jī)上的指令能被正常地執(zhí)行，而且效率接近物理機(jī)。更困難的是，上面所提出的問(wèn)題只是 X86虛擬化所需要面對(duì)的問(wèn)題的一小部分而已，還有許許多多的問(wèn)題還未涉及。 第 11 頁(yè) 共 31 頁(yè) 為什么 X86 架構(gòu)很 難被虛擬 化？ 雖然 X86架構(gòu)在 PC市 場(chǎng)占據(jù)絕對(duì)的壟斷地位，但是由于其在初始設(shè)計(jì)時(shí)，并沒(méi)有考慮到虛擬化需求，所以它對(duì)虛擬化的支持不夠，特別是它沒(méi)有滿足上面四個(gè)條件里面的第三個(gè)，其因?yàn)槭荴86的 ISA有 17條敏感指令（比如 LGDT等）不 屬于特權(quán)指令。 ? 必須支持一種內(nèi)存保護(hù)機(jī)制來(lái)保證多個(gè)虛擬機(jī)之間在內(nèi)存方面的隔離，例如段保護(hù)或頁(yè)保護(hù)。 ? 非特權(quán)指令（允許用戶直接使用的指令）的執(zhí)行效果不依賴(lài)于 CPU的特 權(quán)級(jí)。 ? 高效性，絕大 多數(shù)的客戶機(jī)指令應(yīng)該由硬件直接執(zhí)行而無(wú)需 VMM的 參與。 漫談虛擬化技術(shù) 虛擬化的三大特征 在 1974年 Popek和 Goldberg發(fā)表的虛擬化名篇《 Formal Requirements for Virtualizable Third Generation Architectures》中定 義了虛擬機(jī)（ VM）可以被 認(rèn)為是物理機(jī)的一種高效隔離的復(fù)制，并指出虛擬機(jī)應(yīng)具有的三大特征： ? 一致性， 一 個(gè)運(yùn)行于虛擬機(jī)上的程序，其行為應(yīng)與直接運(yùn)行于物理機(jī)上的同程序的行為基本一致，只允許有細(xì)微的差異，比如在系統(tǒng)時(shí)間方面。 缺點(diǎn)： 對(duì) Guest OS的型 號(hào)和版本有限定 。 虛擬化技術(shù)介紹 R 未經(jīng) IBM 書(shū)面許可，請(qǐng)勿擴(kuò)散到第三方 。 操作系統(tǒng)級(jí)虛擬化 （ Operating System Level Virtualization） 簡(jiǎn)介： 這種技術(shù)通過(guò)對(duì)服務(wù)器操作系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單地隔離來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬化 。 技術(shù)水平和層次低于 Power芯片，原因在于 IA架構(gòu)的 x86芯片在設(shè)計(jì)的起初就沒(méi)有考慮硬件芯片級(jí)別的虛擬化，而 Power芯片的設(shè)計(jì)的起初就完全考慮融入硬件芯片級(jí)別的虛擬化。 現(xiàn)在市面上的主流全虛擬化和半虛擬化產(chǎn)品都支持硬件輔助虛擬化，包括 VirtualBox， KVM， VMware ESX和 Xen. 優(yōu)點(diǎn)： 通過(guò)引入硬件技術(shù)，將使虛擬化技術(shù)更接近物理機(jī)的速度。 硬件輔助虛擬化（ Hardware Assisted Virtualization） 簡(jiǎn)介： Intel/AMD等硬件廠商通 過(guò)對(duì)部分全虛擬化和半虛擬化使用到的軟件技術(shù)進(jìn)行硬件化（具體將在下文詳述）來(lái)提高性能。 第 9 頁(yè) 共 31 頁(yè) 優(yōu)點(diǎn)： 這種模式和全虛擬化相比，架構(gòu)更精簡(jiǎn)，而且在整體速度上有一定的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)這種方法將無(wú)需重新編譯或捕獲特權(quán)指令，使其性能非常接近物理機(jī)，其最經(jīng)典的產(chǎn)品就是 Xen，而且因 為微軟的 HyperV所采用技 術(shù)和 Xen類(lèi)似，所以也可以把 HyperV歸屬于半虛擬化。 未來(lái)：因?yàn)槭褂眠@種模式，不僅 Guest OS免于修改，而且 將通過(guò)引入硬件輔助虛擬化技術(shù)來(lái)提高其性能，并且 Intel(IntelVT 技術(shù) )和 AMD(AMDV Pacifica 技術(shù) )在芯片中的技術(shù)改良大大提升了此種虛 擬化的性能 。 缺點(diǎn)： 基于 Hosted模式的全 虛擬產(chǎn)品性能方面不是特別優(yōu)異，特別是 I/O方面。這 種方式是業(yè)界現(xiàn)今最成熟和最常見(jiàn)的，而且屬于 Hosted 模式和 Hypervisor 模式的都有，知名的 產(chǎn)品有IBM CP/CMS， VirtualBox， Xen， KVM， VMware Workstation和 VMware ESX（它在其 ，被改名 為 VMware vSphere） 。 虛擬化技術(shù)介紹 R 未經(jīng) IBM 書(shū)面許可，請(qǐng)勿擴(kuò)散到第三方 。固件開(kāi)發(fā)人員可以使用目標(biāo)硬件 VM 在仿真 環(huán)境中對(duì)自己的實(shí)際代碼進(jìn)行驗(yàn)證，而不需要等到硬件實(shí)際可用的時(shí)候。知名的產(chǎn)品有 Bochs， QEMU和微 軟的 Virtual PC（它 還使用少量的全虛擬化技術(shù)）。 第 7 頁(yè) 共 31 頁(yè) – ? 20202020年：微軟發(fā)布 HyperV – 20202020年：大量的虛擬化管理工具出現(xiàn) ? 2020 – VMware 發(fā)布 vSphere – Microsoft 發(fā)布 : ? WS08 R2 HyperV (LiveMigration) ? HyperV paravirtualized code （半虛擬化機(jī)制代碼） 向 Linux 社區(qū)發(fā)布 – KVM 開(kāi)始變成能夠?qū)嵤┖涂尚械摹２⑶?Citrix 對(duì) Xen提供相應(yīng)有償?shù)氖召M(fèi)支持。 – 2020年， Xen 問(wèn)世 ? Xen 源自于英國(guó)劍橋大學(xué)，從此在 x86虛擬化 領(lǐng)域方面， VMWare 遇到了一個(gè)非常強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手也促進(jìn)了 VMWare的發(fā)展 ? 2020 年 Xen 被 Citrix 收購(gòu)用于 Citrix 在云計(jì)算領(lǐng)域中與 VMWare 競(jìng)爭(zhēng)的利器。 – 在 2020年， VMware 發(fā)布了 GSX 和 ESX Server ，從此 VMWare確定 在x86虛擬化商用領(lǐng)域的霸主地位 。 服務(wù)器虛擬化技術(shù)的歷史 ? 20世紀(jì) 60年代 和 70年代 – IBM S/360 主機(jī)問(wèn)世并推出了第一代虛擬化技術(shù) ,它是第一個(gè)完全由硬件(例如 CPU)就直接支持的虛擬化技術(shù)（ Hardware Virtualization Virtual Machine），通過(guò)硬件（ CPU）提供的虛擬化技術(shù)就直接可以把一臺(tái)物理機(jī) 器虛擬化成多臺(tái)邏輯機(jī)器 . – 1967 年 IBM S/36040 推出了 CP/CMS fully Virtualized 虛擬化 – 1972 年 IBM OS/370 主機(jī)推出了 CP67 半虛擬化技術(shù)（ Paravirtualized ） ? 20世紀(jì) 80年代 20世紀(jì) 90年代：這個(gè)年代是虛擬化技術(shù)的沉寂期；此期間是 C/S架構(gòu)模型和分布式計(jì)算資源的時(shí)代 。 第 6 頁(yè) 共 31 頁(yè) 分布式 電源管理）和 HA（ High Availability，高可用性） 等高 級(jí)虛擬化管理技術(shù)，能極大地提高整個(gè)數(shù)據(jù)中心的自動(dòng)化管理程度。服務(wù)器整合不僅能減低硬件，能源和場(chǎng)地等開(kāi)支，還能極大地簡(jiǎn)化 IT架構(gòu)的復(fù) 雜度。 ? 服務(wù)器整合，通過(guò) VMware ESX 和 Xen 能 夠?qū)⒍嗯_(tái)物理機(jī)上的工作量整合到一臺(tái)物理機(jī)上。 ? Hosted（托管） VM，它 運(yùn)行在物理機(jī)的操作系統(tǒng)上，雖然其本身性能不如 Hypervisor（因 為它和硬件之間隔了一層 OS），但是其安 裝和使用非常方便，而且功能豐富，比如 支持三維加速等特性，常用于桌面應(yīng)用，也被稱(chēng)為“ Type 2” 。 服務(wù)器虛擬化 通過(guò)使用虛擬化管